[科普中國]-冷泉生物群和熱液生物群：生命的誕生地

由于海底出現(xiàn)滲透、滲漏的現(xiàn)象，導(dǎo)致地層內(nèi)部的熱源從海底溢出，造成冷熱泉?？茖W(xué)家猜想，生命的萌芽，正是在早期海底熱液噴口周圍，也許，這就是生命的起源地。

冷泉生物群和熱液生物群有什么區(qū)別

你知道海底是“漏”的嗎？海底的巖層或沉積物不是嚴(yán)絲合縫的，冰冷的海水會(huì)慢慢沿著縫隙往下滲漏，來自地層中的不同成分、不同溫度的流體也會(huì)從海底向海水中噴溢。

當(dāng)從地層中噴溢出的流體成分以二氧化碳、硫化氫或碳?xì)浠衔铮淄榛蚱渌叻肿恿康奶細(xì)錃怏w）為主，溫度與海水接近時(shí)，稱為冷泉；當(dāng)從地層中噴溢出的流體，富含各種氣體組分和金屬元素的溫度明顯高于周圍海水時(shí)，就是熱液。

冷泉生物-深海無柄海百合

有意思的是，那些已經(jīng)發(fā)育了的茂盛生物群落，往往就聚集在這些流體噴出的冷泉或熱液旁邊。但是由于環(huán)境的原因，熱液生物群和冷泉生物群既有明顯的不同，又有相似的地方。拿微生物來說，自養(yǎng)微生物依靠化學(xué)反應(yīng)獲取能量并合成有機(jī)質(zhì)，大多生活在冷泉和冷泉環(huán)境中，也可以形象地說，流體中的化學(xué)物質(zhì)是供養(yǎng)它們生存的食糧。由于大量的甲烷分布在冷泉流體和熱液流體中，因此，繁衍了甲烷氧化菌，它們既能在熱液環(huán)境也能在冷泉環(huán)境中生存。

在冷泉環(huán)境中有奇妙的結(jié)合，硫酸鹽還原菌必須與甲烷氧化菌組合成“共生體”，雙方離開彼此均不能存活。它們構(gòu)成球狀或圓柱狀，一般情況下是甲烷氧化菌群被硫酸鹽還原菌群一部分或完全包裹住。甲烷氧化菌與硫酸鹽還原菌的平均數(shù)量比例為1：2。與冷泉流體化學(xué)組成不同的是，熱液流體富含多種金屬離子和氫氣等。所以在熱液環(huán)境中，微生物群會(huì)以氫氣或金屬離子等為“食”，在這里自在生活的有鐵氧化菌、氫氧化菌、錳氧化菌和鐵還原菌等。

前所未見的奇異生物：大得出奇的紅蛤和海蟹

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的冷泉?jiǎng)游镂锓N超過210種，而熱液動(dòng)物物種超過500種。其中，常見的在冷泉或熱液環(huán)境中居住的有管狀蠕蟲類，如貽貝、蝸牛、腹足、帽貝、蛤和蝦等動(dòng)物。常棲息于冷泉或熱液環(huán)境中的有多毛類，如螃蟹、海綿、棘皮、?？吞賶貏?dòng)物等。盡管管狀蠕蟲、貝類等動(dòng)物的蹤跡在冷泉和熱液環(huán)境中都有，但在生理特性上有很大的差異，在生物分類學(xué)上也隸屬于不同的種屬。以管狀蠕蟲為例，管狀蠕蟲在熱液環(huán)境中每年最快可以長0.8米，管體長度最長可以達(dá)到3米，被認(rèn)為是地球上生長最快的動(dòng)物之一。生活在冷泉環(huán)境中的管道蠕蟲相比之下生長很緩慢，長到兩米長要活到200歲，對(duì)于地球上其他“長壽”生物而言，如此“高齡”，也是罕見。

深海熱液可能是生命的起源地嗎

有關(guān)生命起源的假說有很多，比較流行的有“黏土礦物”產(chǎn)生論、“原始湯”和“黃鐵礦”起源論起源說，還有“外來星球輸入”等假說。

隨著科學(xué)家對(duì)生態(tài)系統(tǒng)研究的深入，發(fā)現(xiàn)地球早期的環(huán)境與深海熱液環(huán)境非常相似。熱液微生物具有“不依賴于太陽光”以及“嗜熱”的特性?！吧鹪从诤５谉嵋簢娍凇背蔀樾碌目茖W(xué)假說，并逐漸受到人們的關(guān)注。海底熱液活動(dòng)的強(qiáng)度在海洋剛形成時(shí)，是現(xiàn)今強(qiáng)度的5倍。廣泛并劇烈的海底熱液活動(dòng)，導(dǎo)致了地球內(nèi)部熱量的散溢及大量氣體和還原性金屬元素的產(chǎn)生。

那個(gè)時(shí)候的海洋富含還原態(tài)的鋅、銅、鉛、錳和鐵等金屬離子，以及硫化氫、甲烷和氫氣等氣體，處于強(qiáng)還原環(huán)境。海水的溫度為70°C～100°C。大氣中二氧化碳的含量很高，幾乎不含氧氣，因而海洋呈酸性，這些都是因?yàn)楣夂献饔眠€沒有出現(xiàn)?，F(xiàn)代海底熱液噴口周圍的環(huán)境與早期海洋環(huán)境非常相似?？茖W(xué)家猜想，生命開始萌芽，正是在早期海洋海底熱液噴口周圍。那么，在地球上所有生命的“共同祖先”是哪些生物呢？根據(jù)“分子進(jìn)化時(shí)鐘”的基因測(cè)序，科學(xué)家勾勒出了地球上所有生物的“生命進(jìn)化樹”。位于“進(jìn)化樹”根部，代表著地球上所有生物“共同祖先”的微生物，絕大多數(shù)是從海底熱液環(huán)境中分離得到的超嗜熱古菌。

生物進(jìn)化的大致過程

超嗜熱古菌的平均最佳生長溫度超過80°C，能夠利用熱液噴口周圍環(huán)境中的各種無機(jī)化學(xué)反應(yīng)所釋放出來的能量來維系自身的生命活動(dòng)，進(jìn)而支撐整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的繁榮。生命起源于海底熱液噴口的核心證據(jù)是：這些微生物完全能夠適應(yīng)古代海洋苛刻的環(huán)境條件。

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